JPH1064506A

JPH1064506A - 角形電池

Info

Publication number: JPH1064506A
Application number: JP8217447A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Oda; 光徳織田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1996-08-19
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】正極と負極をセパレータを介して積層した電極
群ａを備える角形電池において、電池内に発電要素以外
の部材を持ち込まず、確実に電極群ａを固定する。【解決手段】電池中に具備された複数の袋状のセパレー
タの周縁の一部又は全部において相互を溶着により固着
し、電極群ａを固定化する。あるいは正極及び負極が袋
状のセパレータによって内包された状態で隣接するセパ
レータの一部を固着し、電極群ａを固定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池に関し、特に積
層式の電極群構造を有する角形電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池やリチウム二次電池な
ど、電極活物質を集電基体上に形成した板状の電極を組
み合わせて作製する電池の構造としては、「円筒形」お
よび「角形」の２種類に大別できる。円筒形電池は正極
および負極をセパレータを介して捲回して得た電極群
を、円筒状の容器中へ電解液とともに配置して作製され
る。これに対して角形電池は、複数枚の電極をセパレー
タを介して正極・負極交互に積層して電極群を構成す
る。円筒形は通常、電池１個あたり正極・負極をそれぞ
れ１枚ずつ用いるが、角形電池の場合は複数枚、電池種
類によっては数十枚ずつを用いて構成される。このた
め、一般に角形電池の製造工程は円筒形のそれに比べて
複雑である。角形電池では、複数枚の電極、セパレータ
を積層して電極群を形成する場合、とくに各電極及びセ
パレータの重ね合わせ位置を精度良く揃える必要があ
る。位置ずれが起こると、電極群の電池容器への挿入が
困難になるばかりでなく、内部短絡の原因となり不良を
招くおそれがある。位置ずれは電池容器内へ電極群を挿
入した後にも起こりうるので（例えば搬送中の衝撃によ
る）、電極群を何らかの方法で固定することが必要であ
る。上記電極群を固定する技術として、図２に示すよう
に電極群ａの外周を粘着テープｄ等で束ねて固定する方
法が知られている。また、別の技術としては、特開平７
−３２６３３６号公報に開示されているように、電極群
側面に集電端子を配して電極を固定する方法が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記電極群の外
周をテープ等で束ねて固定する方法では、電池内に発電
要素以外の部材を持ち込むことで電池容器内の限られた
空間を最大限に活用することを妨げ、エネルギー密度向
上のネックになる。また、電極群を固定する際、不用意
に電極やセパレータの表面をテープなどで覆ってしま
い、電解液の保持が妨げられ、容量低下や電池系によっ
ては漏液といった問題を引き起こすこともあった。また
特開平７−３２６３３６号公報に開示されている方法で
は、電極をその片側のみで支持しており、電極面積が大
きくなるとたわみ等を生じやすく、位置ずれ防止に有効
に作用するとは言い難い。本発明が解決しようとする課
題は、電池内に発電要素以外の部材を持ち込まず、確実
に電極群を固定することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の正極ｆと負極ｇをセパレータｈを介して積
層した電極群ａを備える角形電池は、当該電池中に具備
された複数のセパレータｈが、その周縁の一部又は全部
において相互に固着され、電極群ａが固定化されている
ことを特徴とする。一般的に正極ｆと負極ｇをセパレー
タｈを介して積層した電極群ａを備える角形電池は、負
極ｇが電極群ａの最外層に位置している。もしも前記最
外層の負極ｇが電池容器内面に接触する構造の電池であ
る場合、固定化される電極群ａは最外層の負極ｇを除い
た部分を指す。このような構成の電池の場合、各電極及
びセパレータの重ね合わせ位置を揃えるには、固定化さ
れた電極群と１〜２枚の負極を操作するだけなので容易
に精度良く位置を揃えることができる。

【０００５】セパレータｈ同士を接続することで電極群
ａを束ね、固定するので、電極を固定するための余分な
部材を用いる必要がなく、エネルギー密度向上に有利で
ある。また、電極を直接固定するのではなく、電極を挿
入したセパレータｈを固定するので、位置ずれによる短
絡防止にも有効に作用する。上記構成において、セパレ
ータｈが正極ｆ及び負極ｇの少なくとも一方を内包する
袋状のセパレータｈであることが好ましい。このことに
より電極群ａを固定化する際の作業性が良好となる。

【０００６】正極ｆ及び負極ｇが袋状のセパレータｈに
よって内包されている場合、隣接するセパレータｈをそ
の周縁部以外で一部固着し、電極群ａを固定化すること
によっても本発明が解決しようとする課題を解決でき
る。この場合、正極ｆ及び負極ｇを袋状のセパレータｈ
に挿入する前又は後にセパレータｈ同士の固着操作を行
うことにより実現できる。

【０００７】上記した固着を実現する具体的手段として
は、圧着、熱溶着、超音波溶着、接着等があるが、本発
明はこれらに限定されない。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例を以下
に説明する。正極ｆとして、集電基体（Ａｌ箔）の両面
へコバルト酸リチウムを主体とする活物質層を形成した
ものと、負極ｇとして、集電基体（Ｃｕ箔）の両面へ炭
素を主体とする活物質層を形成したものを用いる。電極
寸法はいずれも縦８０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ０．１８
ｍｍである。正極ｇを、厚さ０．０２ｍｍのポリエチレ
ン多孔性フィルムを熱溶着により貼り合わせて加工した
袋状セパレータｈへ挿入し、負極ｇと交互に積層して電
極群ａを構成する。積層枚数は正極ｆ２０枚、負極ｇ２
１枚である。図３はそのときの電極群ａの形状を模式的
に示した図である。以上のように構成された電極群ａに
おいて、側面に張り出した袋状のセパレータｈの端部
（周縁部）を熱溶着により貼り合わせ、これを２枚の最
外層の負極ｇとともに電池容器ｃへ挿入し、一定量（１
６ｇ）の電解液（溶媒：炭酸エチレンと炭酸ジメチルの
混合液、溶質：６フッ化リン酸リチウム）を注入した後
電池端子ｅを有する上蓋ｂにより電池を密封して、リチ
ウムイオン二次電池を作製する。図１はそのときの様子
を示した図である。

【０００９】図１に示す電池では、電極群ａを側面（積
層方向に平行な面）で束ねている。この場合、電極群ａ
内に用いられている袋状のセパレータｈの端部を側方へ
延長し、それらを熱溶着などにより束ねることで電極群
内の構成要素を固定する。通常、積層式の角形電池で
は、電極群積層面と電池容器内壁は密着しているが、電
極群側面と電池容器内壁との間にはわずかながら空間が
あることが多い。本発明は、この空間を有効に活用する
ので、収納可能な電極体積を低下させることなく本発明
が解決しようとする課題を解決できる。また、電極群ａ
内に存在するセパレータをそのまま、あるいは若干寸法
を延長するだけで良いので、電池重量は殆ど増加しな
い。さらに、電極容量や電解液保持性などに影響を与え
ることもない。

【００１０】リチウムイオン二次電池には一般的に他の
電池系に比して薄い電極、薄いセパレータを用いている
ため、各部材及びそれを用いて作製した電極群全体の強
度が他の電池系に比して低くなっている。従って本発明
のように電極群を固定し、取扱性を良好にする技術はリ
チウムイオン二次電池の製造面にとっては特に重要であ
る。

【００１１】

【実施例】上記した発明の実施の形態で述べたリチウム
イオン二次電池（電池Ａ）、及び後述する従来の技術を
適用したリチウムイオン二次電池（電池Ｂ、Ｃ）につい
て比較検討した。（電池Ｂの製造）電池Ａにおける電極群ａの固定を行わ
ず、図２に示すように電極群ａ（最外層の負極ｇを含
む）の周囲をポリイミド製粘着テープｄ（厚さ０．０５
ｍｍ）で束ねた以外は電池Ａと同条件で電池Ｂを作製し
た。

【００１２】（電池Ｃの製造）電極群ａの固定を行わ
ず、電極群ａ（最外層の負極ｇを含む）を図４に示すよ
うに電池容器ｃへ挿入した以外は電池Ａと同条件で電池
Ｃを作製した。

【００１３】電池Ａと電池Ｂの電極群の寸法に注目する
と、積層方向の厚さＨ（ｍｍ）は、電池Ａ：Ｈ＝０．１８×（２０＋２１）＋０．０２×４
０＝８．１８電池Ｂ：Ｈ＝０．１８×（２０＋２１）＋０．０２×４
０＋０．０５×２＝８．２８となり、テープ厚さ分だけ電極群の幅に違いが生じる。
この差（０．１０ｍｍ）を例えば半分ずつ活物質層へ充
当するとすれば、正極、負極とも、活物質層の単位体積
あたりの容量密度はおよそ３５０ｍＡｈ／ｃｍ³である
ので、３５０×（８×４×０．０１）＝１１２ｍＡｈとなり、同体積の電極群で比較すると本発明を適用した
場合約１００ｍＡｈ容量を増加させることができる。ま
た、電極群の幅Ｗ（ｍｍ）は、袋状セパレータを束ねる
ために電池Ａの電極群の方が約２ｍｍ長くなる。しか
し、前述のように、束ねられた面と電池容器との間には
空間が生じることが多い。これは、図４に示すように、
一般に角形電池では強度面から電池容器の４隅にＲを設
ける必要があり、４つの電極群側面のうち、積層方向に
平行な面は電池容器に密着させることができないからで
ある。従ってこの空間へ２ｍｍの余剰分を収めることが
できる。空間部分が左右で２ｍｍに満たなくとも、セパ
レータはフィルム状であり、多数枚を束ねた状態でも柔
軟性を有しているので、折り曲げて挿入することも可能
である。

【００１４】図５は、Ａ、Ｂ、Ｃ３種類の電池につい
て、電池製造後の短絡発生の有無を電池１００サンプル
について調べた結果である。この結果、電極群を固定し
ない電池Ｃにおいて短絡発生比率が高くなっていること
がわかる。

【００１５】図６は、Ａ、Ｂ、Ｃ３種類の電池につい
て、一定量（１６ｇ）の電解液を注液し、２４時間室温
で放置した後の、保持液（電極やセパレータへ浸み込ん
でいる液）と遊離液（電極やセパレータへ保持されず、
電池容器内部の隙間に存在する液）との割合を調べた結
果である。電池Ａは電池Ｂ、Ｃに比べ保持液の割合が大
きいことがわかる。電池Ｂの保持液の割合が低い理由
は、テープ被覆によりその近傍のセパレータや電極へ電
解液が保持されなくなったためと考えられる。遊離液の
比率が高くなると、電池性能が低下するばかりでなく、
漏液が起こりやすくなる。遊離液の比率の低い本発明電
池ではそのような心配はない。

【００１６】本実施例では、電池にリチウムイオン二次
電池を用いているが、その他の電池にも適用可能であ
る。また本実施例では、袋状セパレータを用いたが、フ
ィルム状や布状や平板状のセパレータを用い、セパレー
タの周縁の一部又は全部において相互を固着し、電極群
を固定化させてもよい。また本実施例では正極のみを袋
状セパレータに挿入したが、負極のみ、あるいは正極と
負極の双方をそれぞれ袋状セパレータに挿入してもよ
い。正極と負極の双方を袋状セパレータに挿入する場
合、セパレータの周縁を接着する手段以外に、隣接する
セパレータの周縁以外の一部を固着し、電極群を固定化
する手段も適用できる。この場合、電極を袋状セパレー
タに挿入する前又は後にセパレータ同士の固着操作を行
うことにより実現できる。また本実施例では、セパレー
タの固着操作に熱溶着を適用したが、その他の手段、例
えば圧着、超音波溶着、接着等も適用できる。用いるセ
パレータの材質によって固着操作の手段を選択すればよ
い。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、電池内に発電要素以外の
部材を持ち込まず、確実に電極群を固定することができ
た。このことにより角形電池において、内部短絡を未然
に防ぐことができ、かつ、電池特性や製造上のデメリッ
トを有さないので、高性能で信頼性の高い電池を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角形電池の構造の一例を示した図であ
る。

【図２】従来の角形電池の構造を示した図である。

【図３】本発明に係る電極群の構造の一例を示した図で
ある。

【図４】従来の電池の電極群の形状を示した図である。

【図５】本発明の電池および従来の電池の短絡発生率を
示した図である。

【図６】本発明の電池および従来の電池の電池内部での
電解液の存在比率を示した図である。

【符号の説明】

Ａ．本発明の電池Ｂ，Ｃ．従来の電池ａ．電極群ｂ．上蓋ｃ．電池容器ｄ．粘着テープｅ．電池端子ｆ．正極ｇ．負極ｈ．セパレータＷ．電極群ａの幅Ｈ．電極群ａの厚さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極をセパレータを介して積層した
電極群を備える角形電池において、前記電池中に具備された複数のセパレータが、その周縁
の一部又は全部において相互に固着され、前記電極群が
固定化されていることを特徴とする角形電池。
【請求項２】セパレータが正極及び負極の少なくとも一
方を内包する袋状セパレータである請求項１記載の角形
電池。
【請求項３】正極と負極をセパレータを介して積層した
電極群を備え、前記正極及び前記負極が袋状のセパレー
タによって内包されており、隣接するセパレータの一部
が固着され、前記電極群が固定化されていることを特徴
とする角形電池。
【請求項４】固着が溶着によるものである請求項１〜３
のいずれかに記載の角形電池。
【請求項５】電池がリチウムイオン二次電池である請求
項１〜４のいずれかに記載の角形電池。